CN202815054U - 数字电子式无线零序互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种数字电子式无线零序互感器，包括短柱状互感器外壳、互感器集成电路板、按压开关、蜂鸣器、悬挂臂和无线数据收发器，所述互感器集成电路板上设置有互感器电路，所述互感器电路包括可编程MCU控制芯片，悬挂在A、B、C三相输电电缆上的用于实时监测三相输电电缆与采样控制开关相连的电容式电压感应电路、与可编程MCU控制芯片相连的电流测量感应线圈电路以及电流突增检测和充电电路。本实用新型的有益效果是具有响音时间短、灵敏度高、测量精度高、具有实时监控能力、具有无线传输功能和安装方便等优点。

Description

数字电子式无线零序互感器

技术领域

本实用新型属于电力监测领域，尤其是涉及一种三相电缆的电流和电压采集并监测的数字电子式无线零序互感器。

背景技术

电力行业是国家经济的支柱，随着国家经济的快速增长，全国各地区对能源需求大幅增加，电缆作为当前电力传输的重要载体，其工作的稳定性和自身的安全性关系电力能源的利用率和各个用电器件的工作效率。在现有技术中用于电力输电线路电缆的电压电流检测利用电压电流互感器，存在着响应时间较长、控制不灵活智能且可监测的三相电缆零序值较大，对于较小的零序值波动反应不敏感，对三相电缆的监测能力不足，从而导致电缆异常不能及时排除导致整个电力系统的异常工作，另外没有无线传输单元，不利于工作人员了解电缆监测情况。

发明内容

本实用新型要解决的问题是提供一种数字电子式无线零序互感器，尤其适合监测三相电缆内零序值异常变化并及时通过无线将信息传输至监控终端。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种数字电子式无线零序互感器，包括短柱状互感器外壳、互感器集成电路板、按压开关、蜂鸣器、悬挂臂和无线数据收发器，所述互感器集成电路板位于互感器外壳内，其上设置有互感器电路，所述按压开关、蜂鸣器通过导线与互感器电路板连接，所述按压开关、蜂鸣器、和悬挂臂位于互感器外壳顶部，所述无线数据收发器位于互感器外壳内，通过导线与互感器集成电路板连接；所述互感器电路包括可编程MCU控制芯片，悬挂在A、B、C三相输电电缆上的用于实时监测三相输电电缆与采样控制开关相连的电容式电压感应电路、与可编程MCU控制芯片相连的电流测量感应线圈电路以及电流突增检测和充电电路，所述采样控制开关与可编程MCU控制芯片相连，所述电流突增检测和充电电路还连接储能电容及锂离子电池，所述可编程MCU控制芯片还分别连接有短路及接地指示电路和所述无线数据收发器。

按上述方案，所述电容式电压感应电路，包括电容式电压感应器(TP1)，所述电容式电压感应器(TP1)与第一三级管(Q5)的基极连接，所述电容式电压感应器(TP1)与第一三极管(Q5)之间的连接点分别连接相串联的第一顺态抑制二极(D6)管和第二顺态抑制二极管(D11)、相串联的电阻R2和电位器(R6)后接地，所述第一三极管(Q5)发射极接地，其集电极分别连接可编程MCU控制芯片和采样控制开关。

按上述方案，所述采样控制开关包括第二三极管(Q6)、电阻R3和电阻R4，所述第二三极管(Q6)的发射极接电压输入端，其集电极连接电阻R4后与电容式电压感应电路连接，其基极通过电阻R3与可编程MCU控制芯片连接。

按上述方案，所述电流测量感应线圈电路包括电流感应线圈(L2)，所述电流感应线圈(L2)一端接地并连接由电阻R5和电阻R7组成的分压电路，所述电阻R7两端分别连接第一二极管(D1)、第三顺泰抑制二极管(D9)和电容C3组成的滤波和保护电路，所述滤波和保护电路与第一测试点(TP5)连接，所述第一测试点(TP5)连接可编程MCU控制芯片。

按上述方案，所述电流突增检测和充电电路包括对接收的信号进行整流的倍压整流电路，所述倍压整流电路包括第二二极管(D3)、第三二极管(D13)、电容C21、第一电解电容C22、第二电解电容C23和电感L1，所述第二二极管(D3)一端接地，另一端连接第三二极管(D13)后形成倍压整流电路的第一端，所述第二二极管(D3)与第三二极管(D13)的连接点还通过电感L1和电容C21并联电路后接入第一电解电容C22和第二电解电容C23之间，所述第二电解电容C23负极接地并连接倍压整流电路的第二端，其正极接第一电解电容C22的负极，所述第一电解电容C22的正极连接所述第一端；所述倍压整流电路的两端并联电阻R23，所述电阻R23的一端分别连接第一稳压二极管(D4)和电阻R10，所述第一稳压二极管(D4)依次通过第四二极管(D7)与电容C2串联接地，所述第四二极管(D7)和电容C2的连接点依次通过第一耦合电容C24以及第二稳压二极管()5)接第三三极管(Q7)的基极，还通过电阻R25接地，所述第三三极管(Q7)的基极还通过电阻R35接地，第三三极管(Q7)的发射极接地，其集电极分别通过电容C25接地、第五二极管(D17)接可编程MCU控制芯片以及依次通过电阻R33和第六二极管(D19)连接所述储能电容及锂电池，所述电阻R10的另一端依次通过第七二极管(D16)和第六二极管(D19)连接储能电容及锂离子电池，所述第七二极管(D16)和第六二极管(D19)的连接点还通过第三电解电容C14、第四电解电容C27和第三稳压二极管(D8)的并联接地；

按上述方案，所述储能电容及锂离子电池包括电池稳压芯片(U1)，所述电池稳压芯片(U1)的第一引脚(1)、第二引脚(2)和第三引脚(3)分别连接第四稳压二极管(D2)的负极、电阻R19的一端以及电池(BAT1)的正极，电池稳压芯片(U1)的第一引脚(1)分别连接第五稳压二极管()10)的负极和电容C12的正极，电池稳压芯片(U1)的第二引脚(2)接地，所述第四稳压二极管(D2)的正极、电阻R19的另一端、电池(BAT1)的负极、第五稳压二极管(D10)的负极和电容C12的负极均接地，所述电池(BAT1)的正极为供电端。

按上述方案，所述无线数据收发器采用型号为CZ4的插座，所述CZ4型插座的第三引脚至第九引脚分别连接可编程MCU控制芯片的信号输出端，其第一引脚和第十引脚接入电路，其余各引脚接地。

本实用新型具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，可采集三相电缆的零序值，通过MCU控制芯片分析零序值变化以判断出电缆的工作情况，电压电流互感器灵敏度高，电流感应最低可实现5A异常电流值的检测，可编程的MCU控制芯片可以实现电路的智能控制，可实现电流和电压的同步采集，具有响音时间短、灵敏度高、测量精度高、具有实时监控能力、具有无线传输功能和安装方便等优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图

图2是本实用新型的电路构成框图

图3是本实用新型的采样控制开关和电容式电压感应电路图

图4是本实用新型的电流测量感应线圈电路图

图5是本实用新型的电流突增检测和充电电路图

图6是本实用新型的储能电容及锂离子电池电路图

图7是本实用新型的线数据收发器电路图

图中：

1、短柱状互感器外壳  2、互感器集成电路板  3、按压开关

4、蜂鸣器            5、悬挂臂            6、无线数据收发器

7、锂离子电池

具体实施方式

如图1所示，本实用新型涉及一种数字电子式无线零序互感器，包括短柱状互感器外壳1、互感器集成电路板2、按压开关3、蜂鸣器4、悬挂臂5、无线数据收发器6和锂离子电池7，所述互感器集成电路板位于互感器外壳内，其上设置有互感器电路，所述按压开关、蜂鸣器通过导线与互感器电路板连接，所述按压开关、蜂鸣器、和悬挂臂位于互感器外壳顶部，无线数据收发器位于互感器外壳内，通过导线与互感器集成电路板连接，悬挂臂环绕在待测三相电缆上，将本实用新型固定与电缆接触；本实施例的按压开关具有四个档位依次为5A、10A、15A和20A，不同档位对应着设定待测电缆异常电流的最小值，其中本实用新型具有最低感应电流值5A，检测灵敏度高于市场上普遍的10A最大灵敏度；

图2中显示互感器电路的框图，其中可编程MCU控制芯片分别与采样控制开关、电流测量感应线圈、电流突增检测和充电电路以及光纤想连接，采样控制开关的另一端连接电容式电压感应电路，电流突增检测和充电电路一端连接充电及电流突增感应线圈，其的充电输出端依次连接储能电容和锂离子电池，所述可编程MCU控制芯片还连接有无线数据收发器，无线数据收发器将信息传输至外部信息终端。

电容式电压感应器用于感应线路上的电压，电容式电压感应器的输出信号经过采样控制开关后进入可编程MCU控制器进行AD转换变为数字信号，其中采样控制开关通过控制线受到可编程MCU控制器I/O口控制，用于打开和停止对电压的采样。电流测量感应线圈用于感应线路的电流，电流测量感应线圈的输出信号进入可编程MCU控制器进行AD转换数字信号，电流测量感应线圈的测量灵敏度非常高，最小检测电流值可达到5A。充电及电流突增感应线圈用于检测电流的突然增大同时也负责从线路上取电，充电及电流突增感应线圈的输出信号进入电流突增检测和充电电路，电流突增检测采用微分电路检测信号突增并且把突增信号送入可编程MCU控制器，该突增信号用于唤醒可编程MCU控制器进行紧急处理，充电电路采用倍压整流和限幅器把感应的信号调整到适于为本机供电的电压，并存储在储能电容中，该电压通过储能电容后还为锂电池充电。

图3中电容式电压感应电路，包括电容式电压感应器(TP1)，所述电容式电压感应器(TP1)与第一三级管(Q5)的基极连接，所述电容式电压感应器(TP1)与第一三极管(Q5)之间的连接点分别连接相串联的第一顺态抑制二极(D6)管和第二顺态抑制二极管(D11)、相串联的电阻R2和电位器R6后接地，所述第一三极管(Q5)发射极接地，其集电极分别连接可编程MCU控制芯片和采样控制开关；采样控制开关包括第二三极管(Q6)、电阻R3和电阻R4，所述第二三极管(Q6)的发射极接电压输入端，其集电极连接电阻R4后与电容式电压感应电路连接，其基极通过电阻R3与可编程MCU控制芯片连接。

可编程MCU控制芯片对第二三极管(Q6)进行开关控制，利用第二三极管(Q6)的导通和截止来控制第一三极管(Q5)是否输出。第一三极管(Q5)的输出ADC_V连接到可编程MCU控制器进行AD转换。

图4为电流测量感应线圈电路包括电流感应线圈(L2)，所述电流感应线圈(L2)一端接地并连接由电阻R5和电阻R7组成的分压电路，所述电阻R7两端分别连接第一二极管(D1)、第三顺泰抑制二极管(D9)和电容C3组成的滤波和保护电路，所述滤波和保护电路与第一测试点(TP5)连接，所述第一测试点(TP5)连接可编程MCU控制芯片。

电流测量感应线圈包括由电阻R5和电阻R7组成分压电路，经过电容C3、第三顺态抑制二极管(D9)和第一二极管(D1)进行滤波和保护以后输出电流信号ADC_I，信号ADC_I连接到可编程MCU控制芯片进行AD转换。第三顺态抑制二极管(D9)和第一二极管(D1)用于吸收瞬间的干扰脉冲，电容C3用于滤除不必要高频分量。

图5为电流突增检测和充电电路包括对接收的信号进行整流的倍压整流电路，所述倍压整流电路包括第二二极管(D3)、第三二极管(D13)、电容C21、第一电解电容C22、第二电解电容C23和电感L1，所述第二二极管(D3)一端接地，另一端连接第三二极管(D13)后形成倍压整流电路的第一端，所述第二二极管(D3)与第三二极管(D13)的连接点还通过电感L1和电容C21并联电路后接入第一电解电容C22和第二电解电容C23之间，所述第二电解电容C23负极接地并连接倍压整流电路的第二端，其正极接第一电解电容C22的负极，所述第一电解电容C22的正极连接所述第一端；

所述倍压整流电路的两端并联电阻R23，所述电阻R23的一端分别连接第一稳压二极管(D4)和电阻R10，所述第一稳压二极管(D4)依次通过第四二极管(D7)与电容C2串联接地，所述第四二极管(D7)和电容C2的连接点依次通过第一耦合电容C24以及第二稳压二极管(D5)接第三三极管(Q7)的基极，还通过电阻R25接地，所述第三三极管(Q7)的基极还通过电阻R35接地，第三三极管(Q7)的发射极接地，其集电极分别通过电容C25接地、第五二极管(D17)接可编程MCU控制芯片以及依次通过电阻R33和第六二极管(D19)连接所述储能电容及锂电池，所述电阻R10的另一端依次通过第七二极管(D16)和第六二极管(D19)连接储能电容及锂离子电池，所述第七二极管(D16)和第六二极管(D19)的连接点还通过第三电解电容C14、第四电解电容C27和第三稳压二极管(D8)的并联接地。

图6为储能电容及锂离子电池包括电池稳压芯片(U1)，所述电池稳压芯片(U1)的第一引脚(1)、第二引脚(2)和第三引脚(3)分别连接第四稳压二极管(D2)的负极、电阻R19的一端以及电池(BAT1)的正极，电池稳压芯片(U1)的第一引脚(1)分别连接第五稳压二极管(D10)的负极和电容C12的正极，电池稳压芯片(U1)的第二引脚(2)接地，所述第四稳压二极管(D2)的正极、电阻R19的另一端、电池(BAT1)的负极、第五稳压二极管(D10)的负极和电容C12的负极均接地，所述电池(BAT1)的正极为供电端。

整流以后的信号经过压敏电阻R23进行限幅保护，然后经过限流电阻R10和第七二极管(D16)进入所述的用于储能的第三电解电容C14和第四电解电容C27，5.1V具有压敏功能的第三稳压二极管(D8)起过压保护作用，最后经过单向保护第六二极管(D19)输出充电信号(BATT)为锂电池7充电。倍压整流以后的信号同时进入电流突增检测电路部分，首先通过第一稳压二极管(D4)进行突增门限，经过第四二极管(D7)钳位和电容C2滤除干扰以后进入电阻R25、电容C24和电阻R30组成的微分电路把电流突增转化为窄脉冲信号。该脉冲信号经过第二稳压二极管(D5)进行二次门限滤除交流分量和干扰信号，最后经过第三三级管(Q7)整形为方波输出到WAKEUP，WAKEUP连接到可编程MCU控制器的唤醒管脚。用于唤醒可编程MCU控制芯片立即处理电流突增事件。

图7为无线数据收发器采用型号为CZ4的插座，所述CZ4型插座的第三引脚至第九引脚分别连接可编程MCU控制芯片的信号输出端，其第一引脚和第十引脚接入电路，其余各引脚接地。

安装在输、配电线路上的A、B、C三相无线零序互感器，实时监测运行线路的电流和电压的状态，并通过无线数据收发器将MCU分析的数据传送至外部信息终端，判断出三相电缆中超出标准参数并报警，提醒管理人员酌情调整、处理线路运行状态。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种数字电子式无线零序互感器，其特征在于：包括短柱状互感器外壳、互感器集成电路板、按压开关、蜂鸣器、悬挂臂和无线数据收发器，所述互感器集成电路板位于互感器外壳内，其上设置有互感器电路，所述按压开关、蜂鸣器通过导线与互感器电路板连接，所述按压开关、蜂鸣器、和悬挂臂位于互感器外壳顶部，所述无线数据收发器位于互感器外壳内，通过导线与互感器集成电路板连接；

所述互感器电路包括可编程MCU控制芯片，悬挂在A、B、C三相输电电缆上的用于实时监测三相输电电缆与采样控制开关相连的电容式电压感应电路、与可编程MCU控制芯片相连的电流测量感应线圈电路以及电流突增检测和充电电路，所述采样控制开关与可编程MCU控制芯片相连，所述电流突增检测和充电电路还连接储能电容及锂离子电池，所述可编程MCU控制芯片还分别连接有短路及接地指示电路和所述无线数据收发器。

2.根据权利要求1所述的数字电子式无线零序互感器，其特征在于：所述电容式电压感应电路，包括电容式电压感应器(TP1)，所述电容式电压感应器(TP1)与第一三级管(Q5)的基极连接，所述电容式电压感应器(TP1)与第一三极管(Q5)之间的连接点分别连接相串联的第一顺态抑制二极(D6)管和第二顺态抑制二极管(D11)、相串联的电阻R2和电位器(R6)后接地，所述第一三极管(Q5)发射极接地，其集电极分别连接可编程MCU控制芯片和采样控制开关。

3.根据权利要求1所述的数字电子式无线零序互感器，其特征在于：所述采样控制开关包括第二三极管(Q6)、电阻R3和电阻R4，所述第二三极管(Q6)的发射极接电压输入端，其集电极连接电阻R4后与电容式电压感应电路连接，其基极通过电阻R3与可编程MCU控制芯片连接。

4.根据权利要求1所述的数字电子式无线零序互感器，其特征在于：所述电流测量感应线圈电路包括电流感应线圈(L2)，所述电流感应线圈(L2)一端接地并连接由电阻R5和电阻R7组成的分压电路，所述电阻R7两端分别连接第一二极管(D1)、第三顺泰抑制二极管(D9)和电容C3组成的滤波和保护电路，所述滤波和保护电路与第一测试点(TP5)连接，所述第一测试点(TP5)连接可编程MCU控制芯片。

5.根据权利要求1所述的数字电子式无线零序互感器，其特征在于：所述电流突增检测和充电电路包括对接收的信号进行整流的倍压整流电路，所述倍压整流电路包括第二二极管(D3)、第三二极管(D13)、电容C21、第一电解电容C22、第二电解电容C23和电感L1，所述第二二极管(D3)一端接地，另一端连接第三二极管(D13)后形成倍压整流电路的第一端，所述第二二极管(D3)与第三二极管(D13)的连接点还通过电感L1和电容C21并联电路后接入第一电解电容C22和第二电解电容C23之间，所述第二电解电容C23负极接地并连接倍压整流电路的第二端，其正极接第一电解电容C22的负极，所述第一电解电容C22的正极连接所述第一端；

所述倍压整流电路的两端并联电阻R23，所述电阻R23的一端分别连接第一稳压二极管(D4)和电阻R10，所述第一稳压二极管(D4)依次通过第四二极管(D7)与电容C2串联接地，所述第四二极管(D7)和电容C2的连接点依次通过第一耦合电容C24以及第二稳压二极管(D5)接第三三极管(Q7)的基极，还通过电阻R25接地，所述第三三极管(Q7)的基极还通过电阻R35接地，第三三极管(Q7)的发射极接地，其集电极分别通过电容C25接地、第五二极管(D17)接可编程MCU控制芯片以及依次通过电阻R33和第六二极管(D19)连接所述储能电容及锂电池，所述电阻R10的另一端依次通过第七二极管(D16)和第六二极管(D19)连接储能电容及锂离子电池，所述第七二极管(D16)和第六二极管(D19)的连接点还通过第三电解电容C14、第四电解电容C27和第三稳压二极管(D8)的并联接地。

6.根据权利要求1所述的数字电子式无线零序互感器，其特征在于：所述储能电容及锂离子电池包括电池稳压芯片(U1)，所述电池稳压芯片(U1)的第一引脚(1)、第二引脚(2)和第三引脚(3)分别连接第四稳压二极管(D2)的负极、电阻R19的一端以及电池(BAT1)的正极，电池稳压芯片(U1)的第一引脚(1)分别连接第五稳压二极管(D10)的负极和电容C12的正极，电池稳压芯片(U1)的第二引脚(2)接地，所述第四稳压二极管(D2)的正极、电阻R19的另一端、电池(BAT1)的负极、第五稳压二极管(D10)的负极和电容C12的负极均接地，所述电池(BAT1)的正极为供电端。

7.根据权利要求1所述的数字电子式无线零序互感器，其特征在于：所述无线数据收发器采用型号为CZ4的插座，所述CZ4型插座的第三引脚至第九引脚分别连接可编程MCU控制芯片的信号输出端，其第一引脚和第十引脚接入电路，其余各引脚接地。

Images